特許 7521407 炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240717BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20240717BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 L

C30B29/36 A

H01L21/66 B

G01N27/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020208321

(22)【出願日】2020-12-16

(65)【公開番号】P2022095160

(43)【公開日】2022-06-28

【審査請求日】2023-08-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久鍋 秀幸

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５１８０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０３８９９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１６９９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０４５９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９８３９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

Ｇ０１Ｎ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記主面に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を照射する工程と、
前記紫外光を照射する工程後、前記主面に電荷を供給したのちプローブを前記主面と非接触の状態で配置し、前記プローブを用いて前記主面の電位を測定する工程とを備え、
前記電荷および前記電位に基づいて、前記炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度を計算する工程とを備え、
前記紫外光を照射する工程においては、前記紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である、炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法。

【請求項2】

前記主面は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜している、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法。

【請求項3】

前記主面は、（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜しており、
前記単位面積当たりのフォトン数は、５５０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法を行う工程と、
前記キャリア濃度に基づいて、前記炭化珪素エピタキシャル基板を選別する工程とを備えた、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。

【請求項5】

主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記主面に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を照射する工程と、
前記紫外光を照射する工程後、前記主面に電荷を供給したのちプローブを前記主面と非接触の状態で配置し、前記プローブを用いて前記主面の電位を測定する工程とを備え、
前記紫外光を照射する工程においては、前記紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。

【請求項6】

炭化珪素エピタキシャル基板の主面に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を照射する照射装置部と、
前記主面に電荷を供給したのちプローブを前記主面と非接触の状態で配置し、前記プローブを用いて前記主面の電位を測定する測定装置部とを備え、
前記紫外光を照射する工程においては、前記紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０ ¹⁶ 個／ｃｍ ² 以上である、炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特表２０１８－５１８０６３号公報（特許文献１）には、表面電位コロナ帯電を用いて、半導体ドーピング濃度を測定するシステムおよび方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１８－５１８０６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の目的は、キャリア濃度を安定的に測定することができる炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法は、以下の工程を備えている。主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板が準備される。主面に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光が照射される。紫外光を照射する工程後、主面に電荷を供給したのちプローブを主面と非接触の状態で配置し、プローブを用いて主面の電位が測定される。電荷および電位に基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度が計算される。紫外光を照射する工程においては、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である。

【0006】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、以下の工程を備えている。主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板が準備される。主面に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光が照射される。紫外光を照射する工程においては、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である。

【0007】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置は、照射装置部と、測定装置部とを備えている。照射装置部は、炭化珪素エピタキシャル基板の主面に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を照射する。測定装置部は、主面に電荷を供給したのちプローブを主面と非接触の状態で配置し、プローブを用いて主面の電位を測定する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、キャリア濃度を安定的に測定することができる炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置の測定装置部の構成を示す一部断面模式図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置の照射装置部の構成を示す一部断面模式図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の検査装置の構成を示す模式図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の検査方法を示すフロー図である。

【図5】図５は、炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す平面模式図である。

【図6】図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面模式図である。

【図7】図７は、主面に対して紫外光を照射する工程を示す平面模式図である。

【図8】図８は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフロー図である。

【図9】図９は、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第１主面に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度との関係を示す図である。

【図10】図１０は、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第１主面に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度との関係を示す図である。

【図11】図１１は、サンプル３に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第１主面に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度との関係を示す図である。

【図12】図１２は、サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第１主面に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度との関係を示す図である。

【図13】図１３は、サンプル５～７に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第１主面に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示の実施形態の概要］
まず本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”－”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。

【0011】

（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法は、以下の工程を備えている。主面１を有する炭化珪素エピタキシャル基板１０が準備される。主面１に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光が照射される。紫外光を照射する工程後、主面１に電荷を供給したのちプローブ１１３を主面１と非接触の状態で配置し、プローブ１１３を用いて主面１の電位が測定される。電荷および電位に基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度が計算される。紫外光を照射する工程においては、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である。

【0012】

（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法によれば、主面１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。

【0013】

（３）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法によれば、主面１は、主面１は、（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。単位面積当たりのフォトン数は、５５０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上であってもよい。

【0014】

（４）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法は、以下の工程を備えている。上記（１）から（３）のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法が行われる。キャリア濃度に基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板１０が選別される。

【0015】

（５）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法は、以下の工程を備えている。主面１を有する炭化珪素エピタキシャル基板１０が準備される。主面１に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光が照射される。紫外光を照射する工程においては、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である。

【0016】

（６）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置３００は、照射装置部２００と、測定装置部１００とを備えている。照射装置部２００は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を照射する。測定装置部１００は、主面１に電荷を供給したのちプローブ１１３を主面１と非接触の状態で配置し、プローブ１１３を用いて主面１の電位を測定する。

【0017】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態の詳細について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。

【0018】

まず、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置の測定装置部１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置の測定装置部１００の構成を示す一部断面模式図である。

【0019】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置の測定装置部１００は、非接触型キャリア濃度測定器である。図１に示されるように、測定装置部１００は、チャック１１１と、コロナ電極１１２と、プローブ１１３とを主に有している。プローブ１１３は、たとえばケルビンプローブである。チャック１１１は、炭化珪素エピタキシャル基板１０を保持する。チャック１１１は、導電性材料により構成されている。チャック１１１は、たとえば電気的に接地されている。チャック１１１は、基板保持面１１０を有している。チャック１１１は、基板保持面１１０に平行な方向に沿って移動可能であってもよい。

【0020】

コロナ電極１１２は、チャック１１１の基板保持面１１０に対向して配置されている。コロナ電極１１２は、コロナ電荷を発生する。コロナ電極１１２の先端は、たとえば円錐状である。コロナ電極１１２は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１に電荷を供給する。コロナ電極１１２に電圧を印加することで、空気が電離し、電荷が発生する。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板１０に空乏層が形成される。

【0021】

プローブ１１３は、チャック１１１の基板保持面１１０に対向して配置されている。プローブ１１３は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１から離間して配置される。別の観点から言えば、プローブ１１３は、非接触プローブである。プローブ１１３は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１の電位（表面ポテンシャル）を測定することができる。プローブ１１３の先端は、たとえば円柱状である。プローブ１１３の先端の直径は、たとえば２ｍｍである。

【0022】

測定装置部１００は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１に電荷を供給したのち、プローブ１１３を炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１と非接触の状態で配置し、プローブ１１３を用いて炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１の電位を測定する。測定装置部１００は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１に供給した電荷と、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１の電位とに基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度を算出する演算部（図示せず）を有していてもよい。

【0023】

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置の照射装置部２００の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置の照射装置部２００の構成を示す一部断面模式図である。

【0024】

図２に示されるように、照射装置部２００は、基板保持部２０１と、紫外光照射部２０４とを主に有している。基板保持部２０１は、基板保持面２１０を有している。基板保持部２０１は、たとえば基板を保持する台である。基板保持部２０１は、固定式であってもよいし、可動式であってもよい。基板保持部２０１は、炭化珪素エピタキシャル基板１０を保持した状態で、基板保持面２１０と平行な方向に移動可能であってもよい。

【0025】

紫外光照射部２０４は、ＵＶライト２０３（紫外光ライト）と、ライト保持部２０２とを有している。ＵＶライト２０３は、細長い形状を有している。ＵＶライト２０３の長さは、炭化珪素エピタキシャル基板１０の直径よりも大きくてもよい。また、ＵＶライト２０３の形状は、リング状でもよい。ＵＶライト２０３は、面発光ライトでもよい。ＵＶライト２０３の形状は、任意でよい。ライト保持部２０２は、ＵＶライト２０３を保持している。ＵＶライト２０３は、基板保持面２１０の表面に対向して設けられる。ＵＶライト２０３は、固定式であってもよいし、可動式であってもよい。ＵＶライト２０３は、基板保持面２１０と平行な方向に移動可能であってもよい。

【0026】

紫外光照射部２０４は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１に対して紫外光を照射する。紫外光は、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する。紫外光照射部２０４は、異なる２つの波長の紫外光を照射可能であってもよい。異なる２つの波長は、たとえば２５４ｎｍおよび３６５ｎｍである。紫外光照射部２０４としては、たとえばアズワン社製のＳＬＵＶ－６を使用することができる。また、紫外光の波長が２４０ｎｍ以上３８５ｎｍ以下であることが特に好ましい。ＵＶライトを安価に入手できるからである。また、紫外光の波長が２５４ｎｍ以上３６５ｎｍ以下であることが特に好ましい。光源の寿命が比較的長く、メンテナンス頻度が少なくなるからである。

【0027】

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置３００の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置３００の構成を示す模式図である。図３に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置３００は、照射装置部２００と、測定装置部１００と、搬送部３１０とを主に有している。

【0028】

搬送部３１０は、照射装置部２００と測定装置部１００との間に配置されている。搬送部３１０は、照射装置部２００と測定装置部１００とを繋いでいる。搬送部３１０は、照射装置部２００と測定装置部１００との間において、炭化珪素エピタキシャル基板１０を搬送することができる。搬送部３１０は、たとえば、照射装置部２００において炭化珪素エピタキシャル基板１０に対する紫外光の照射が完了した後、自動的に炭化珪素エピタキシャル基板１０を測定装置部１００に搬送することができる。搬送部３１０は、たとえばベルトコンベアである。

【0029】

図４は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法を示すフロー図である。図４に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法は、主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程（Ｓ１０）と、主面に対して紫外光を照射する工程（Ｓ２０）と、主面に電荷を供給したのちプローブを主面と非接触の状態で配置し、プローブを用いて主面の電位を測定する工程（Ｓ３０）と、電荷および電位に基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度を計算する工程（Ｓ４０）と、炭化珪素エピタキシャル基板を選別する工程（Ｓ５０）とを有している。

【0030】

まず、主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程（Ｓ１０）が実施される。図５は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の構成を示す平面模式図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面模式図である。

【0031】

図５および図６に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、炭化珪素基板１１と、炭化珪素エピタキシャル層１２とを有している。炭化珪素エピタキシャル層１２は、炭化珪素基板１１上にある。炭化珪素エピタキシャル層１２は、第１主面１と、第２主面２とを有している。第２主面２は、第１主面１の反対側にある。第２主面２は、炭化珪素基板１１に接している。炭化珪素基板１１は、第３主面３と、第４主面４とを有している。第４主面４は、第３主面３の反対側にある。第３主面３は、炭化珪素エピタキシャル層１２に接している。

【0032】

図５に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、炭化珪素エピタキシャル基板１０は、外周縁１５を有している。外周縁１５は、たとえばオリエンテーションフラット１３と、円弧状部１４とを有している。オリエンテーションフラット１３は、第１方向１０１に沿って延在している。図５に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、オリエンテーションフラット１３は直線状である。円弧状部１４は、オリエンテーションフラット１３に連なっている。炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、円弧状部１４は、円弧状である。

【0033】

図５に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、第１主面１は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に沿って延在している。炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、第１方向１０１は、第２方向１０２に対して垂直な方向である。

【0034】

第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第１方向１０１は、たとえば[１１－２０]方向であってもよい。第１方向１０１は、＜１１－２０＞方向を第１主面１に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向成分を含む方向であってもよい。

【0035】

第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向である。第２方向１０２は、たとえば［１－１００]方向であってもよい。第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向を第１主面１に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向成分を含む方向であってもよい。

【0036】

図５に示されるように、炭化珪素基板１１の直径（第１幅Ｗ１）は、特に限定されないが、たとえば１００ｍｍ（４インチ）以上である。第１幅Ｗ１は、１２５ｍｍ（５インチ）以上でもよいし、１５０ｍｍ（６インチ）以上でもよい。第１幅Ｗ１の上限は、特に限定されない。第１幅Ｗ１は、たとえば２００（８インチ）ｍｍ以下であってもよい。

【0037】

なお本明細書において、４インチは、１００ｍｍ又は１０１．６ｍｍ（４インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。５インチは、１２５ｍｍ又は１２７．０ｍｍ（５インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。６インチは、１５０ｍｍ又は１５２．４ｍｍ（６インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。８インチは、２００ｍｍ又は２０３．２ｍｍ（８インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。

【0038】

図６に示されるように、第１主面１は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の表面を構成する。第４主面４は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の裏面を構成する。炭化珪素基板１１を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。炭化珪素エピタキシャル層１２を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。

【0039】

炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。具体的には、第１主面１は、（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。第１主面１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。

【0040】

オフ角の上限は、特に限定されないが、たとえば６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。オフ角の下限は、特に限定されないが、たとえば２°以上であってもよいし、１°以上であってもよい。オフ方向は、特に限定されないが、たとえば＜１１－２０＞方向であってもよいし、＜０００１＞方向であってもよい。

【0041】

炭化珪素基板１１は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板１１の導電型は、たとえばｎ型（第１導電型）である。炭化珪素基板１１の厚みは、特に限定されないが、たとえば２００μｍ以上５００μｍ以下である。炭化珪素エピタキシャル層１２は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素エピタキシャル層１２の導電型は、たとえばｎ型である。炭化珪素エピタキシャル層１２の厚みは、特に限定されないが、たとえば５μｍ以上１００μｍ以下である。炭化珪素エピタキシャル層１２が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板１１が含むｎ型不純物の濃度より低くてもよい。

【0042】

炭化珪素エピタキシャル層１２のキャリア濃度は、１×１０^1５／ｃｍ^３以上１×１０^1７／ｃｍ^３以下することができる。また炭化珪素エピタキシャル層１２のキャリア濃度は、特に３×１０^1５／ｃｍ^３以上５×１０^1６／ｃｍ^３以下することができる。炭化珪素エピタキシャル層１２の導電型は、たとえばｎ型である。炭化珪素エピタキシャル層１２のドーパントは、窒素であることが好ましい。炭化珪素エピタキシャル層１２のドーパントは、リンであってもよい。

【0043】

次に、主面に対して紫外光を照射する工程（Ｓ２０）が実施される。図２に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０が基板保持部２０１に配置される。炭化珪素エピタキシャル基板１０の第４主面４は、基板保持面２１０に接している。紫外光照射部２０４は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の上方に配置される。紫外光照射部２０４のＵＶライト２０３は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対向している。第１主面１に対して垂直な方向において、ＵＶライト２０３と第１主面１との距離（離間距離Ｄ）は、たとえば５０ｍｍである。

【0044】

図７は、主面１に対して紫外光を照射する工程を示す平面模式図である。図７に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向に見て、紫外光照射部２０４のＵＶライト２０３は、長方形の形状を有している。ＵＶライト２０３の長手方向の幅（第２幅Ｗ２）は、短手方向の幅（第３幅Ｗ３）よりも大きい。第２幅Ｗ２は、たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１の直径（第１幅Ｗ１）よりも大きい。第２幅Ｗ２は、たとえば１５４ｍｍである。第３幅Ｗ３は、第１幅Ｗ１よりも小さい。第３幅Ｗ３は、たとえば４７ｍｍである。紫外光照射部２０４は、第１主面１に対して垂直な方向に見て、ＵＶライト２０３の長手方向がオリエンテーションフラット１３と平行となるように配置される。

【0045】

紫外光照射部２０４は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対して紫外光を照射する。紫外光は、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する。紫外光の波長は、たとえば３６５ｎｍである。ＵＶライト２０３から５０ｍｍ離れた場所における紫外光の強度は、たとえば１２７４μＷ／ｃｍ²である。第１主面１に対して紫外光を照射する工程においては、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上とする。紫外光は、第１主面１に対して、たとえば５分以上照射される。

【0046】

第１主面１が（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜している場合、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は、５０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上であってもよいし、６０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上であってもよい。紫外光の単位面積当たりのフォトン数の上限は、特に限定されないが、１２０×１０¹⁶個／ｃｍ²以下であってもよいし、８０×１０¹⁶個／ｃｍ²以下であってもよい。

【0047】

第１主面１が（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜している場合、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は、５５０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上であってもよい。紫外光の単位面積当たりのフォトン数の上限は、特に限定されないが、７００×１０¹⁶個／ｃｍ²以下であってもよいし、８００×１０¹⁶個／ｃｍ²以下であってもよい。紫外光の単位面積当たりのフォトン数の上限は、特に限定されないが、１８００×１０¹⁶個／ｃｍ²以下であってもよいし、１２００×１０¹⁶個／ｃｍ²以下であってもよい。

【0048】

次に、単位面積当たりのフォトン数の計算方法について説明する。

【0049】

まず、１秒当たりのフォトン数は、以下の数式１として求められる。

【0050】

Ｎ_ｓ＝（Ｗ×λ）÷（ｈ×ｃ） ・・・（数式１）
Ｎ_ｓ：１秒当たりのフォトン数（個／秒）
Ｗ：ＵＶライトの照射強度（Ｗ／ｃｍ²）
ｈ：プランク定数＝６．６２６×１０^-34（Ｊ・秒）
ｃ：真空中の光速＝２．９９８×１０⁸（ｍ／秒）
λ：光の波長（ｍ）
フォトン数は、以下の数式２として求められる。

【0051】

Ｎ_ｔ＝Ｎ_ｓ×ｔ ・・・（数式２）
Ｎ_ｔ：フォトン数（個）
ｔ：光の照射時間（秒）
炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１に照射される単位面積当たりのフォトン数は、以下の数式３として求められる。

【0052】

Ｎ＝（Ｎ_ｔ×Ｗ）÷（Ｌ×Ｓ） ・・・（数式３）
Ｎ：主面に照射される単位面積当たりのフォトン数（個／ｃｍ²）
Ｗ：主面の直径（ｃｍ）
Ｌ：ＵＶライトの長さ（ｃｍ）
Ｓ：主面の面積（ｃｍ²）
炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１におけるＵＶライトの照射強度は、たとえば照度計（強度計）を用いて測定される。照度計を用いて、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１におけるＵＶライトの照射強度が得られる。

【0053】

照射強度から、以下の数式４を用いてフォトン数が求められる。

【0054】

Ｎ_ｔ＝（Ｗ１×λ）÷（ｈ×ｃ）×ｔ ・・・（数式４）
Ｎ_ｔ：フォトン数（個）
Ｗ１：主面におけるＵＶライトの照射強度（Ｗ／ｃｍ²）
λ：光の波長（ｍ）
ｈ：プランク定数＝６．６２６×１０^-34（Ｊ・秒）
ｃ：真空中の光速＝２．９９８×１０⁸（ｍ／秒）
ｔ：光の照射時間（秒）
次に、主面に電荷を供給したのちプローブを主面と非接触の状態で配置し、プローブを用いて主面の電位を測定する工程（Ｓ３０）が実施される。図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０がチャック１１１に取り付けられる。炭化珪素エピタキシャル基板１０の第４主面４は、チャック１１１の基板保持面１１０に接する。チャック１１１は、導電性材料により構成されている。チャック１１１は、電気的に接地されている。炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１の上方に、コロナ電極１１２と、プローブ１１３とが配置される。コロナ電極１１２は、第１主面１に電荷を供給する。コロナ電極１１２は、第１主面１から離間している。

【0055】

コロナ電極１１２に電圧を印加することで、空気が電離し、電荷が発生する。電荷のミラー効果により、炭化珪素エピタキシャル層中のキャリアが移動することで、炭化珪素エピタキシャル層１２に空乏層が形成される。プローブ１１３は、第１主面１と非接触の状態で配置される。プローブ１１３は、第１主面１から離間している。プローブ１１３は、たとえば第１主面１の中心の上方に配置される。プローブ１１３を用いて第１主面１の電位が測定される。以上のように、第１主面１に電荷を供給したのちプローブ１１３を第１主面１と非接触の状態で配置し、プローブ１１３を用いて第１主面１の電位が測定される。

【0056】

次に、電荷および電位に基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度を計算する工程（Ｓ４０）が実施される。炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に供給された電荷と、プローブ１１３によって測定された第１主面１の電位とに基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度が求められる。

【0057】

炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度は、以下の数式５を用いて求められる。

【0058】

Ｑ²＝（２×ｅ×ε_S×ε₀）×（Ｖ－Ｖ_ｄ）×Ｎ_d ・・・（数式５）
Ｑ：コロナ電荷量（Ｃ）
ｅ：電荷素量＝１．６０２×１０^-19（Ｃ）
ε_S：炭化珪素エピタキシャル基板の比誘電率
ε₀：真空の誘電率＝８．８５４×１０^-14（Ｆ／ｃｍ）
Ｖ：プローブで測定された電位（Ｖ）
Ｖ_d：基準電位（Ｖ）
Ｎ_d：炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度（ｃｍ^-3）
次に、炭化珪素エピタキシャル基板を選別する工程（Ｓ５０）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度を計算する工程（Ｓ４０）において計算されたキャリア濃度が、基準となるキャリア濃度と比較される。炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度を計算する工程（Ｓ４０）において計算されたキャリア濃度が、基準となるキャリア濃度の範囲内であれば、当該炭化珪素エピタキシャル基板１０は、良品と判断される。反対に、炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度を計算する工程（Ｓ４０）において計算されたキャリア濃度が、基準となるキャリア濃度の範囲外であれば、当該炭化珪素エピタキシャル基板１０は、不良品と判断される。以上のように、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度に基づいて炭化珪素エピタキシャル基板１０が選別される。

【0059】

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法について説明する。図８は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフロー図である。図８に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法は、主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程（Ｓ１０）と、主面に対して紫外光を照射する工程（Ｓ２０）とを主に有している。

【0060】

まず、主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程（Ｓ１０）が実施される。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法における主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程（Ｓ１０）は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法における主面を有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程（Ｓ１０）と同様である。

【0061】

次に、主面に対して紫外光を照射する工程（Ｓ２０）が実施される。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法における主面に対して紫外光を照射する工程（Ｓ２０）は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法における主面に対して紫外光を照射する工程（Ｓ２０）と同様である。以上により、炭化珪素エピタキシャル基板１０が準備される。

【0062】

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法、炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置３００の作用効果について説明する。

【0063】

炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度を測定する方法として、水銀プローブを用いた接触型の測定方法と、非接触プローブを用いた非接触型の測定方法とがある。非接触型の測定方法は、プローブ１１３を炭化珪素エピタキシャル基板１０に接触させる必要がないため、炭化珪素エピタキシャル基板１０にコンタミネーションが発生することを抑制することができるという利点がある。しかしながら、非接触型の測定方法においては、キャリア濃度の再現性が低く、安定的にキャリ濃度を算出することができないという課題があった。

【0064】

発明者らは、上記課題を解決するための方策について鋭意検討の結果、以下の知見を得て、本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法、炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置３００を見出した。具体的には、ある特定の波長の紫外光を炭化珪素エピタキシャル基板１０に一定時間照射することで、キャリア濃度が安定的に測定可能であることを見出した。さらに検討を進めたところ、キャリア濃度の安定性は、単位面積当たりの紫外光のフォトン量に依存することが分かってきた。詳細な実験の結果、炭化珪素エピタキシャル基板１０に照射される紫外光の単位面積当たりのフォトン数を３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上とすることにより、安定的にキャリア濃度を測定可能であることを見出した。

【0065】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法によれば、主面１を有する炭化珪素エピタキシャル基板１０が準備される。主面１に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光が照射される。紫外光を照射する工程後、主面１に電荷を供給したのちプローブ１１３を主面１と非接触の状態で配置し、プローブ１１３を用いて主面１の電位が測定される。電荷および電位に基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度が計算される。紫外光を照射する工程においては、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度を安定的に測定することができる。

【0066】

また本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法によれば、主面１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。これにより、主面１がカーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角で傾斜している場合において、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度を安定的に測定することができる。

【0067】

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法によれば、主面１は、主面１は、（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。単位面積当たりのフォトン数は、５５０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上であってもよい。これにより、主面１がシリコン面またはシリコン面に対して８°以下のオフ角で傾斜している場合において、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度を安定的に測定することができる。

【0068】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法によれば、上記記載の炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査方法が行われる。キャリア濃度に基づいて、炭化珪素エピタキシャル基板１０が選別される。これにより、精度良く、炭化珪素エピタキシャル基板１０が選別される。結果として、炭化珪素エピタキシャル基板１０の歩留まりが高くなる。

【0069】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造方法によれば、主面１を有する炭化珪素エピタキシャル基板１０が準備される。主面１に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光が照射される。紫外光を照射する工程においては、紫外光の単位面積当たりのフォトン数は３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上である。これにより、キャリ濃度を安定的に測定することができる炭化珪素エピタキシャル基板１０を得ることができる。

【0070】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の検査装置３００は、照射装置部２００と、測定装置部１００とを有している。照射装置部２００は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主面１に対して２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長を有する紫外光を照射する。測定装置部１００は、主面１に電荷を供給したのちプローブ１１３を主面１と非接触の状態で配置し、プローブ１１３を用いて主面１の電位を測定する。これにより、キャリ濃度を安定的に測定することができる炭化珪素エピタキシャル基板１０を得ることができる。

【実施例】

【0071】

（サンプル準備）
サンプル１～７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を準備した。サンプル１～３および５～７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１は、（０００－１）面とした。サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１は、（０００１）面とした。

【0072】

（実験方法）
図２に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０が基板保持部２０１に配置された。紫外光照射部２０４は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の上方に配置された。紫外光照射部２０４のＵＶライト２０３は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対向させて配置した。第１主面１に対して垂直な方向において、ＵＶライト２０３と第１主面１との距離は、５０ｍｍとした。図７に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向に見て、紫外光照射部２０４のＵＶライト２０３は、長方形の形状を有している。第２幅Ｗ２は、１５４ｍｍとした。第３幅Ｗ３は、４７ｍｍとした。紫外光照射部２０４は、第１主面１に対して垂直な方向に見て、ＵＶライト２０３の長手方向がオリエンテーションフラットと平行となるように配置された。紫外光照射部２０４として、アズワン社製のＳＬＵＶ－６が使用された。

【0073】

サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対しては、３６５ｎｍの波長を有する紫外光が照射された。ＵＶライト２０３は、移動させることなく固定状態とした。紫外光の照射時間を変化させることにより、単位面積当たりのフォトン数を変化させた。

【0074】

サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対しては、２５４ｎｍの波長を有する紫外光が照射された。ＵＶライト２０３は、移動させることなく固定状態とした。紫外光の照射時間を変化させることにより、単位面積当たりのフォトン数を変化させた。

【0075】

サンプル３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対しては、３６５ｎｍの波長を有する紫外光が照射された。ＵＶライト２０３は、オリエンテーションフラットから第２方向１０２に沿って移動させた。紫外光の照射時間を変化させることにより、単位面積当たりのフォトン数を変化させた。

【0076】

サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対しては、３６５ｎｍの波長を有する紫外光が照射された。ＵＶライト２０３は、移動させることなく固定状態とした。紫外光の照射時間を変化させることにより、単位面積当たりのフォトン数を変化させた。

【0077】

サンプル５に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対しては、３６５ｎｍの波長を有する紫外光が照射された。第１主面１における紫外光強度は、４９８μＷ／ｃｍ²とした。ＵＶライト２０３と第１主面１との距離（離間距離Ｄ）は、８ｍｍとした。紫外光の照射時間を変化させることにより、単位面積当たりのフォトン数を変化させた。

【0078】

サンプル６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対しては、３６５ｎｍの波長を有する紫外光が照射された。第１主面１における紫外光強度は、１２７４μＷ／ｃｍ²とした。ＵＶライト２０３と第１主面１との距離（離間距離Ｄ）は、５ｍｍとした。紫外光の照射時間を変化させることにより、単位面積当たりのフォトン数を変化させた。

【0079】

サンプル７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に対しては、３６５ｎｍの波長を有する紫外光が照射された。第１主面１における紫外光強度は、７９６３μＷ／ｃｍ²とした。ＵＶライト２０３と第１主面１との距離（離間距離Ｄ）は、２ｍｍとした。紫外光の照射時間を変化させることにより、単位面積当たりのフォトン数を変化させた。

【0080】

（実験結果）
図９は、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度との関係を示す図である。図９に示されるように、紫外光の単位面積当たりのフォトン数が少ない場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度は、単位面積当たりのフォトン数が多い場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度よりも高い。紫外光の単位面積当たりのフォトン数が３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上の場合、キャリア濃度は、紫外光の単位面積当たりのフォトン数によらず、ほぼ一定の値となった。

【0081】

図１０は、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度との関係を示す図である。図１０に示されるように、紫外光の単位面積当たりのフォトン数が少ない場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度は、単位面積当たりのフォトン数が多い場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度よりも高い。紫外光の単位面積当たりのフォトン数が３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上の場合、キャリア濃度は、紫外光の単位面積当たりのフォトン数によらず、ほぼ一定の値となった。

【0082】

図１１は、サンプル３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度との関係を示す図である。図１１に示されるように、紫外光の単位面積当たりのフォトン数が少ない場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度は、単位面積当たりのフォトン数が多い場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度よりも高い。紫外光の単位面積当たりのフォトン数が３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上の場合、キャリア濃度は、紫外光の単位面積当たりのフォトン数によらず、ほぼ一定の値となった。

【0083】

図１２は、サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度との関係を示す図である。図１２に示されるように、紫外光の単位面積当たりのフォトン数が少ない場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度は、単位面積当たりのフォトン数が多い場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度よりも高い。紫外光の単位面積当たりのフォトン数が５５０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上の場合、キャリア濃度は、紫外光の単位面積当たりのフォトン数によらず、ほぼ一定の値となった。

【0084】

図１３は、サンプル５～７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の第１主面１に照射された紫外光の単位面積当たりのフォトン数と、炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度との関係を示す図である。サンプル５～７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、それぞれ、「○」、「△」および「□」で示している。図１３に示されるように、全ての紫外光強度の場合において、紫外光の単位面積当たりのフォトン数が少ない場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度は、単位面積当たりのフォトン数が多い場合の炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度よりも高い。全ての紫外光強度の場合において、紫外光の単位面積当たりのフォトン数が３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上の場合、キャリア濃度は、紫外光の強度によらずほぼ一定の値となった。以上の結果より、紫外光の単位面積当たりのフォトン数を３０×１０¹⁶個／ｃｍ²以上とすることにより、キャリア濃度が安定的に測定できることが確認された。

【0085】

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態および実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0086】

１ 第１主面（主面）
２ 第２主面
３ 第３主面
４ 第４主面
１０ 炭化珪素エピタキシャル基板
１１ 炭化珪素基板
１２ 炭化珪素エピタキシャル層
１３ オリエンテーションフラット
１４ 円弧状部
１５ 外周縁
１００ 測定装置部
１０１ 第１方向
１０２ 第２方向
１１０，２１０ 基板保持面
１１１ チャック
１１２ コロナ電極
１１３ プローブ
２００ 照射装置部
２０１ 基板保持部
２０２ ライト保持部
２０３ ＵＶライト
２０４ 紫外光照射部
３００ 検査装置
３１０ 搬送部
Ｄ 離間距離
Ｗ１ 第１幅
Ｗ２ 第２幅
Ｗ３ 第３幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】